選修一：酵母細胞的固定化

課題3

酵母細胞的固定化酶①天然酶通常對強酸、強堿、高溫和有機溶劑等條件非常敏感，容易失活②溶液中酶很難回收，不能再次利用，提高了生產成本③反應后，酶會混在產物中，影響產品質量，難以在工業(yè)生產中廣泛應用如何解決這些問題？應用過程中的實際問題自主預習49-50頁課本內容，回答下列問題1、什么是高果糖漿？有什么好處？3、生產高果糖漿需要什么酶？其作用是什么?這種酶有什么特點？4、反應柱的組成部分？篩板的作用？高糖果漿如何生產？5、由此可以看出，固定化酶技術有什么優(yōu)點？一、固定化酶的應用實例基礎知識（一）固定化酶的應用實例

——生產高果糖漿（1）高果糖漿的生產原理：葡萄糖異構酶果糖葡萄糖自主預習49-50頁課本內容，回答下列問題1、什么是高果糖漿？有什么好處？3、生產高果糖漿需要什么酶？其作用是什么?這種酶有什么特點？4、反應柱的組成部分？篩板的作用？高糖果漿如何生產？5、由此可以看出，固定化酶技術有什么優(yōu)點？一、固定化酶的應用實例429572439gao反應柱的優(yōu)點？反應柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產成本，提高了果糖的產量和質量自主預習49-50頁課本內容，回答下列問題1、什么是高果糖漿？有什么好處？3、生產高果糖漿需要什么酶？其作用是什么?這種酶有什么特點？4、反應柱的組成部分？篩板的作用？高糖果漿如何生產？5、由此可以看出，固定化酶技術有什么優(yōu)點？一、固定化酶的應用實例固定化酶技術的不足：一種酶只能催化一種化學反應，而在生產實際中，很多產物的形成都通過一系列的酶促反應才能進行，所以，操作比較麻煩。怎么辦？可采用固定化細胞技術（二）固定化細胞技術自主閱讀50頁，回答問題：1、什么是固定化細胞或酶技術？2、固定技術的方法都有什么？如何選擇？3、固定時常用的載體都有什么？（二）固定化細胞技術1.將酶或細胞固定化的方法將酶（或細胞）包埋在細微網格里將酶（或細胞）相互連接起來將酶（或細胞）吸附在載體表面上包埋法化學結合法吸附法酶和細胞固定方法的選擇①酶適合采用化學結合和物理吸附法固定②細胞適合采用包埋法固定1、方法2、原因①細胞個大，酶分子很?、趥€體大的細胞難以被吸附或結合而個小的酶容易從包埋的材料中漏出（二）固定化細胞技術自主閱讀50頁，回答問題：1、什么是固定化細胞或酶技術？2、固定技術的方法都有什么？3、固定時常用的載體都有什么？1、對于固定化酶和固定化細胞來說，哪一種方法更容易操作？哪一種方法對酶的影響??？思考：固定化細胞技術3、如果將微生物發(fā)酵過程變成一系列的酶促反應，應該用哪一種方法？2、固定化細胞技術是固定的一種酶還是一系列酶？一系列酶固定化細胞4、如果反應物是大分子物質，能否采用固定化細胞法？為什么？不能，大分子物質難以通過細胞膜，所以采用固定化酶技術〖思考〗將谷氨酸棒狀桿菌生產谷氨酸的發(fā)酵過程變?yōu)檫B續(xù)的酶反應，應當固定（酶、細胞）；若將蛋白質變成氨基酸，應當固定（酶、細胞）?！獭叹毩曨}酶的固定方法不包括（）A．將酶吸附在載體表面上B．將酶相互連接起來C．將酶包埋在細微網格里D．將酶制成固體酶制劑，如加酶洗衣粉中的酶

D2、使用固定化細胞的優(yōu)點是（

）A.能催化大分子物質水解

B．可催化一系列化學反應

C．與反應物易接近

D．有利于酶在細胞外發(fā)揮作用B3、下列關于固定化酶技術的說法正確的是（

）

A．固定化酶技術就是固定反應物將酶依附著載體圍繞反應旋轉的技術

B．固定化酶的優(yōu)勢在于能催化一系列的酶促反應

C．固定化酶中的酶無法重復利用

D．固定化酶是將酶固定在一定空間內的技術D4．下列不是用于包埋法固定化細胞的載體是A．瓊脂糖B．醋酸纖維素C．聚丙烯酰胺D．聚乙烯樹脂√429572439gao二、實驗操作（一）方法1、包埋法固定化細胞2、海藻酸鈉作載體包埋酵母細胞（二）制備固定化酵母細胞

活化是指讓處于休眠狀態(tài)的微生物重新恢復正常生活狀態(tài)的過程?！妓伎?〗活化是指什么？（1）酵母細胞的活化：1g干酵母＋10mL蒸餾水→50mL燒杯→攪拌均勻→放置1h，使之活化。429572439gao2、配置物質的量濃度為0.05mol/L的CaCl2溶液①過程稱取無水CaCl20.83g，放入200ml的燒杯中，加入150ml的蒸餾水，使其充分溶解，待用②注意事項溶解物質要徹底，勿用自來水溶解，以防自來水中各種離子影響實驗結果防止海藻酸鈉焦糊。（3）配制海藻酸鈉溶液：0.7g海藻酸＋10mL水→50mL燒杯→酒精燈小火（或間斷）加熱，并不斷攪拌，使之溶化→蒸餾水定容到10mL?！妓伎?〗微火加熱并不斷攪拌的目的是什么？海藻酸鈉的濃度涉及到固定化細胞的質量。如果海藻酸鈉濃度過高，將很難形成凝膠珠；如果濃度過低，形成的凝膠珠所包埋的酵母細胞的數目少(4)海藻酸鈉溶液與酵母細胞的混合：將溶化的海藻酸鈉溶液冷卻至室溫，加入活化酵母細胞液，攪拌后吸入到注射器中。注意：攪拌要徹底充分，使兩者混合均勻，以免影響實驗結果的觀察〖思考4〗為什么要海藻酸鈉溶液冷卻后才能加入酵母細胞？防止高溫殺死酵母細胞。（5）固定化酵母細胞：

以恒定速度緩慢地將注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中，形成凝膠珠狀顆粒。CaCl2溶液作用：海藻酸鈉膠體在CaCl2這種電解質的作用下，發(fā)生聚沉，形成凝膠珠。剛形成的凝膠珠應在CaCl2溶液中浸泡一段時間，以便形成穩(wěn)定的結構。檢驗凝膠珠的質量是否合格，可以使用下列方法。一是用鑷子夾起一個凝膠珠放在實驗桌上用手擠壓，如果凝膠珠不容易破裂，沒有液體流出，就表明凝膠珠的制作成功。二是在實驗桌上用力摔打凝膠珠，如果凝膠珠很容易彈起，也能表明制備的凝膠珠是成功的從結構上判斷凝膠珠是否成功429572439gao如果制作的凝膠珠顏色過淺、呈白色，說明海藻酸鈉的濃度偏低，固定的酵母細胞數目較少；如果形成的凝膠珠不是圓形或橢圓形，則說明海藻酸鈉的濃度偏高，制作失敗，需要再作嘗試。觀察凝膠珠的顏色和形狀來判斷成功與否（三）固定化酵母細胞的發(fā)酵（6）沖洗：將固定的酵母細胞凝膠珠用蒸餾水沖洗2～3次，洗去凝膠珠表面多余的電解質溶液。（7）發(fā)酵：150mL10％葡萄糖＋固定化酵母細胞→200mL錐形瓶→密封→25℃發(fā)酵24h?！妓伎?〗發(fā)酵過程中錐形瓶為什么要密封？酵母菌的酒精發(fā)酵需要缺氧條件。酵母菌進行無氧呼吸產生的。需要?？捎貌缓湍傅哪z珠做相同的處理，對照實驗結果〖思考6〗錐形瓶中的氣泡和酒精是怎樣形成的？〖思考8〗如果要設置對照試驗排除無關變量的影響，如何設置對照實驗？〖思考7〗在利用固定化酶或固定化細胞進行生產的過程中，需要無菌操作嗎？429572439gao類型優(yōu)點不足直接使用酶催化效率高，低耗能、低污染等對環(huán)境條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產成本；反應后酶會混在產物中，可能影響產品質量固定化酶酶既能與反應物接觸，又能與產物分離，同時，固定在載體上的酶還可以被反復利用一種酶只能催化一種化學反應，而在生產實踐中，很多產物的形成都通過一系列的酶促反應才能得到的固定化細胞成本低、操作容易、對酶活性的影響更小、可以催化一系列的反應、容易回收固定后的酶或細胞與反應物不容易接近，可能導致反應效果下降由于大分子物質難以自由通過細胞膜，因此固定化細胞的應用也受到限制（四）直接使用酶、固定化酶和固定化細胞催化的優(yōu)缺點例1．下列有關固定化技術的敘述，正確的是（）A.固定化酶只是在細胞內才能發(fā)揮作用B.固定化酶能提高酶的利用率C.酶的固定是酶分離純化的常用方法D.固定化酶的固定化方式就是吸附在

固體表面上?！汤?.關于固定化細胞的敘述，正確的是A.催化效率高，低耗能、低污染B.對環(huán)境的條件非常敏感，容易失活C.既能與反應物充分接觸，又能與產物

分離D.成本低、操作簡單，但反應效果可能

很低√例3.溶解海藻酸鈉，最好采用______加熱的方法A.小火間斷B.小火持續(xù)C.大火間斷D.大火持續(xù)√例4.關于酵母菌的敘述，正確的是A.酵母菌在營養(yǎng)物質充足時、環(huán)境適宜

時，依靠有性生殖進行繁殖B.酵母菌的代謝類型時異養(yǎng)厭氧型C.酵母菌的生物膜系統(tǒng)包括細胞膜、核

膜、各種的細胞器膜等膜D.用酵母菌釀酒時，應先密封后通氣√例5.將酵母菌的培養(yǎng)液由富氧狀態(tài)變?yōu)槿毖鯛顟B(tài)，下面加快的一項是A.CO2的釋放B.丙酮酸的氧化C